Fotorezistor: dispozitiv, principiu de funcționare, caracteristici

În industrie și electronice de larg consum, fotorezistoarele sunt folosite pentru a măsura lumina, a număra ceva, a identifica obstacole și multe altele. Scopul său principal este de a converti cantitatea de lumină care cade pe zona sensibilă într-un semnal electric util. Semnalul poate fi apoi procesat de un circuit logic analog, digital sau de un circuit bazat pe microcontroler. În acest articol, vă vom spune cum funcționează un fotorezistor și cum se schimbă proprietățile sale sub influența luminii.

Concepte de bază și dispozitiv

Un fotorezistor este un dispozitiv semiconductor a cărui rezistență (conductivitate, dacă este cazul) se modifică în funcție de cât de mult este iluminată suprafața sa sensibilă. Din punct de vedere structural, se găsesc în diferite modele. Cele mai comune elemente ale acestui design sunt prezentate în figura de mai jos. Totodată, pentru lucrul în condiții specifice, puteți găsi fotorezistoare închise într-o carcasă metalică cu o fereastră prin care lumina pătrunde pe suprafața sensibilă. Mai jos puteți vedea denumirea sa grafică convențională pe diagramă.

Interesant: modificarea rezistenței sub influența unui flux luminos se numește efect fotorezistiv.

Principiul de funcționare este următorul: între doi electrozi conductori există un semiconductor (pornit figura este afișată cu roșu), când semiconductorul nu este iluminat - rezistența sa este mare, până la unități MOhm. Când această zonă este iluminată, conductivitatea ei crește brusc, iar rezistența scade în consecință.

Materiale precum sulfura de cadmiu, sulfura de plumb, selenitul de cadmiu și altele pot fi utilizate ca semiconductor. Alegerea materialului în fabricarea unui fotorezistor depinde de caracteristica spectrală a acestuia. Cu cuvinte simple - gama de culori (lungimi de undă) atunci când este iluminată prin care rezistența elementului se va schimba corect. Prin urmare, atunci când alegeți un fotorezistor, trebuie să luați în considerare în ce spectru funcționează. De exemplu, pentru elementele sensibile la UV este necesar să se selecteze acele tipuri de emițători ale căror caracteristici spectrale sunt potrivite pentru fotorezistoare. Figura care descrie caracteristicile spectrale ale fiecăruia dintre materiale este prezentată mai jos.

Una dintre întrebările frecvente este „Fotorezistorul are polaritate?” Raspunsul este nu. Fotorezistoarele nu au o joncțiune pn, deci nu contează în ce direcție curge curentul. Puteți verifica fotorezistorul folosind un multimetru în modul de măsurare a rezistenței, măsurând rezistența elementului iluminat și întunecat.

Puteți vedea dependența aproximativă a rezistenței de iluminare în graficul de mai jos:

Acesta arată cum se modifică curentul la o anumită tensiune în funcție de cantitatea de lumină, unde Ф = 0 - întuneric și Ф3 - lumină puternică. Următorul grafic arată modificarea curentului la tensiune constantă, dar cu iluminare variabilă:

În al treilea grafic, puteți vedea dependența rezistenței de iluminare:

În imaginea de mai jos puteți vedea cât de populare arată fotorezistoarele fabricate în URSS:

Fotorezistoarele moderne, care sunt larg răspândite în practica de casă, arată puțin diferit:

Marcarea cu litere este de obicei folosită pentru a desemna un element.

Caracteristicile fotorezistorului

Deci, fotorezistențele au principalele caracteristici cărora le acordați atenție atunci când alegeți:

• Rezistență la întuneric. După cum sugerează și numele, aceasta este rezistența fotorezistorului în întuneric, adică în absența unui flux luminos.
• Fotosensibilitatea integrală - descrie răspunsul unui element, o modificare a curentului prin acesta la o modificare a fluxului luminos. Măsurat la tensiune constantă în A / lm (sau mA, μA / lm). Desemnat ca S. S = Iph / F, unde Iph este fotocurent și F este fluxul luminos.

În acest caz, este indicat fotocurentul. Aceasta este diferența dintre curentul întunecat și curentul elementului iluminat, adică partea care a apărut din cauza efectului de fotoconducție (la fel cu efectul fotorezistiv).

Notă: rezistența la întuneric, desigur, este tipică pentru fiecare model specific, de exemplu, pentru FSK-G7 este de 5 MΩ, iar sensibilitatea integrală este de 0,7 A / lm.

Amintiți-vă că fotorezistoarele au o anumită inerție, adică rezistența sa nu se modifică imediat după iradiere cu un flux luminos, ci cu o ușoară întârziere. Acest parametru se numește frecvența de tăiere. Aceasta este frecvența semnalului sinusoidal care modulează fluxul luminos prin element, la care sensibilitatea elementului scade cu rădăcina de 2 ori (1.41). Viteza componentelor este de obicei în zeci de microsecunde (10 ^ (- 5) s). Astfel, utilizarea unui fotorezistor în circuitele în care este necesar un răspuns rapid este limitată și adesea inutilă.

Unde este folosit

Când am aflat despre dispozitivul și parametrii fotorezistenților, să vorbim despre ce este folosit folosind exemple specifice. Deși utilizarea fotorezistoarelor este limitată de viteza lor, acest lucru nu a redus domeniul de aplicare.

1. relee crepusculare. Se mai numesc și relee foto - acestea sunt dispozitive pentru aprinderea automată a luminii pe timp de noapte. Diagrama de mai jos prezintă cea mai simplă versiune a unui astfel de circuit, folosind componente analogice și un releu electromecanic. Dezavantajul său este absența histerezii și posibila apariție a zgârieturilor la valorile de frontieră iluminare, ca urmare a căreia releul va zdrăngăni sau va porni / opri cu ușoare fluctuații iluminare.
2. Senzori de lumină. Cu ajutorul fotorezistoarelor, poate fi detectat un flux luminos slab. Mai jos este o implementare a unui astfel de dispozitiv bazat pe ARDUINO UNO.
3. Alarme. Astfel de circuite folosesc predominant elemente care sunt sensibile la radiațiile ultraviolete. Elementul sensibil este iluminat de emițător, în cazul unui obstacol între ele se declanșează o alarmă sau un actuator. De exemplu, un turnichet în metrou.
4. Senzori pentru prezența a ceva. De exemplu, în industria tipografică, fotorezistoarele pot fi folosite pentru a controla ruperea panglicii sau numărul de coli introduse în presă. Principiul de funcționare este similar cu cel discutat mai sus. În același mod, puteți număra cantitatea de produse trecute de-a lungul benzii transportoare sau dimensiunea acesteia (la o viteză cunoscută).

Am vorbit pe scurt despre ce este un fotorezistor, unde este folosit și cum funcționează. Utilizarea practică a elementului este foarte largă, așa că este destul de dificil să descrii toate caracteristicile dintr-un articol. Dacă aveți întrebări - scrieți-le în comentarii.

În cele din urmă, vă recomandăm să vizionați un videoclip util pe această temă:

Probabil că nu știi:

• Cum să faci un releu foto cu propriile mâini
• Cum se conectează un senzor de mișcare pentru iluminare
• Ce este un rezistor și pentru ce este